还原淮河洪峰流量控制断面洪峰流量

还原淮河洪峰流量控制断面洪峰流量

防洪工程经济效益是指防洪工程中可能发生的洪水损失与防洪工程中的实际洪水损失之间的差值。自20世纪50年代开始,沙河、漯河以西区域相继兴建了昭平台水库、白龟山水库、孤石滩水库和泥河洼滞洪区,修建了沙河、澧河、北汝河河道堤防,这些工程共同组成了沙河、漯河以西区域防洪工程体系。研究分析、量化该防洪工程体系及其单个工程的防洪经济效益就是笔者要研究的课题。1防洪工程体系计算依据《已成防洪工程经济效益分析计算及评价规范》(SL206—98)和流量连续性原理,采取错时段叠加的方法还原漯河控制断面洪峰流量,并统计分析调查收集的洪灾资料,以2008年为基准年,分析计算出漯河以西防洪工程体系1967～2008年累计防洪经济效益以及防洪工程体系内单个工程分摊的防洪经济效益。2确定计算范围、控制单元、计算周期和计算周期开始时的防洪能力2.1防洪工程措施流域防洪工程体系经济效益的计算范围应包括流域内建成防洪工程的各受益地区。这些地区兴建防洪工程前防洪标准较低,洪灾频繁且严重,兴建防洪工程后防洪标准有较大提高。根据有关资料统计,沙河左岸在1921～1948年的28年内决口13次,平均约5年决口2次;沙河右堤在1910～1944年的35年内决口19次,平均约5年决口3次。以上资料表明,在没有修建防洪工程之前,洪灾频繁发生。自从20世纪50年代大规模兴建水利工程以来,随着泥河洼滞洪区、昭平台水库、白龟山水库、孤石滩水库、河道堤防等五大防洪工程相继建成,沙河两岸(除1975年特大洪水外)很少决口,说明以上防洪工程建成并联合运用后,河道防洪标准有较大提高。本次防洪工程体系经济效益的计算及洪灾调查只考虑漯河以西范围。另外,由于资料有限,仅计算昭平台水库、白龟山水库、泥河洼滞洪区、河道堤防等防洪工程的经济效益。2.2控制断面漯河是沙河、漯河以西防洪工程体系保护区的中心,沙河、漯河水文站也是沙河、漯河以西防洪工程体系的一个总出口水文站,因此选择漯河为控制断面。2.3经济效益计算期泥河洼滞洪区工程于1955年7月竣工,昭平台水库、白龟山水库工程分别于1959年6月及1966年8月竣工,并相继投入运用至今,因此,区域防洪工程经济效益计算期选在1967～2008年。2.4计算结果分析区域计算期起始点以前的防洪能力是分析计算区域防洪经济效益的重要依据,直接影响区域防洪经济效益分析计算的结果。本次计算期起始点以前选在20世纪50年代初期,那时河道上游还没有大规模兴建水利工程,下游河道的初始防洪能力较低。根据文献和洪灾损失调查统计资料可知,以漯河水文站为控制断面,其初始防洪能力取河槽安全泄量1900m3/s。这个数据作为致灾与不致灾的水文参数。3开发区域防洪工程的资料洪灾统计资料是分析计算防洪工程体系防洪经济效益的基础,原则上采用归口部门的洪灾统计资料,但限于当时的统计口径与现在进行区域防洪工程经济效益计算所要求的统计口径不一致,为了正确反映洪灾的实际情况,洪灾资料主要来自文献,漯河、平顶山两市统计年鉴,漯河、平顶山两市防汛指挥部报灾资料等。对收集到的洪灾统计资料进行综合分析,合理划分洪涝灾害等级,以提高资料的可靠度。4假设没有防洪工程的洪水损失计算4.1洪水还原流量计算受水库调洪影响的洪水还原计算主要采用水量平衡方程式:(Q始+Q末)Δt/2-(q始+q末)Δt/2=ΔW(1)(Q始+Q末)Δt/2−(q始+q末)Δt/2=ΔW(1)式中:Q始,Q末为时段始、末的入库流量,m3/s;q始,q末为时段始、末的出库流量,m3/s;Δt为时段;ΔW为时段Δt内的蓄洪量,m3。由历年实测水位及出库流量资料反推入库流量过程,把受水库影响的洪水还原为入库洪水过程,再依据上、下游站流量连续性原理,对上下游相应洪水过程错时段叠加,计算出区间洪水过程,然后加入滞洪区分洪流量,以计算出漯河站还原流量。根据历史实测统计,昭平台水库、白龟山水库之间洪水演进时间约为4～6h,白龟山水库与漯河之间洪水演进时间约为21～22h。由漯河站年最大流量减去错时段相应的白龟山水库下泄流量,可计算出白龟山水库、漯河区间相应流量;由白龟山水库历年实测水位及出库流量资料,反推相应入库流量;由白龟山水库相应入库流量减去错时段相应的昭平台水库下泄流量,计算出昭平台水库、白龟山水库区间相应流量;由昭平台水库历年实测水位及出库流量资料,反推相应入库流量;由昭平台水库的反推入库流量加昭平台水库、白龟山水库区间流量,得出白龟山水库的洪水还原入库流量;根据泥河洼滞洪区历年进洪资料显示,从1967年至2008年共有9年进洪,将白龟山水库相应的洪水还原入库流量,加上相应的白龟山水库、漯河区间流量和泥河洼滞洪区分洪流量,得到漯河站洪水还原流量。4.2确定受影响年根据以上还原分析计算,漯河站还原流量超过初始防洪能力1900m3/s的年份共19年。4.3洪水流量计算可先利用现有资料进行相关数据计算,然后利用计算结果求成灾面积。成灾面积与洪水流量相关系数的计算公式为r=∑[(Q-Q平均)(A-A平均)][∑(Q-Q平均)2∑(A-A平均)2]1/2(2)式中:Q为洪水流量,m3/s;Q平均为洪水多年平均流量,m3/s;A为成灾面积,万hm2;A平均为多年平均成灾面积,万hm2。代入相关数据r=0.74。从计算结果可以看出漯河站洪水流量与成灾面积关系密切。成灾面积A与漯河站洪水流量Q的回归系数计算公式为RA/Q=∑[(Q-Q平均)(A-A平均)]∑(Q-Q平均)2(3)式中:RA/Q为回归系数。代入相关数据,RA/Q=0.0081。成灾面积A与漯河站洪水流量Q的关系方程式为A=RA/Q(Q-Q平均)+A平均(4)将各致灾洪水年漯河站的还原洪水流量代入方程式,即可求出相应成灾面积。4.4洪水、洪水、洪水20世纪50年代至80年代大洪水和一般洪水的综合损失单价采用文献的测算结果;20世纪90年代大洪水和一般洪水采用平顶山、漯河两市防汛指挥部1998年和1996年的报灾资料数据,其综合损失单价分别为15067元/hm2和7851元/hm2;2000年仍采用平顶山市、漯河市防汛指挥部的报灾资料,其综合损失单价为36771元/hm2和11754元/hm2。各年代水灾综合损失单价情况见表1。4.5综合损失两两年2002年根据以上成灾面积和综合损失单价可计算出直接洪灾损失。其中,1968年,1975年,1982年采用大洪水综合损失单价,1996年,1998年,2000年,2004年采用实际的综合损失单价,其余洪灾年份均采用一般洪水综合损失单价,“75.8”特大洪水采用10710元/hm2的综合损失单价。4.6国内外农业间接产品损失的现状间接洪灾损失通常包括防洪抢险、灾民安置、疾病防治、社会安定、商贸滞缓、灾后恢复等各种影响区域经济社会正常运转的不利因素所造成而又不便统计计算的损失,是分析计算防洪经济效益的重要组成部分,一般通过间接损失与直接损失的比例来计算。但间接洪灾损失占直接洪灾损失的比例目前还没有现成的取费标准供选用,只有参考以下数据。国外,间接损失占直接损失的比例大致为:住宅区15%,商业37%,工业45%,公共事业10%,公共产业34%,农业10%,公路25%,铁路23%。国内,长江三峡工程论证中,通过对荆江地区1954年洪水的灾情调查和对洪水前后历年农业发展情况的分析计算,不计入城镇二、三产业的间接经济损失在内的农业间接经济损失约为直接经济损失的28%;河南省驻马店地区在遭到1975年8月洪灾损失后,农业生产的恢复期约为5年,不计入城镇二、三产业的间接经济损失在内的农业间接经济损失约为直接经济损失的26.2%。借鉴以上国内外资料,可仅考虑农业间接洪灾损失。但由于间接洪灾损失随着直接洪灾损失的增长而增长,因而视灾情取用不同的比例,本次研究所取比例在10%～25%之间。4.7计算不包括防洪工程的洪水损失无防洪工程的洪灾损失等于直接洪灾损失与间接洪灾损失之和。5防洪工程期间洪水损失的计算5.1直接洪水损失计算5.1.1致灾洪水的确定沙河、漯河以西防洪工程体系建成后,沙河、漯河安全泄量达到3000m3/s。根据洪灾资料统计,1967～2008年漯河实测流量超过安全泄量的年份有1975年,1982年和2000年,没有超过安全泄量的年份有1996年,1998年和2004年,但澧河已超过安全泄量致灾,因此,把1975年,1982年,1996年,1998年,2000年,2004年确定为实际致灾洪水年。5.1.2确定实际灾害范围实际成灾面积依据实际调查统计资料来确定。5.1.3综合成本效益分析计算综合损失单价采用表1数据。5.1.4直接洪水的结果把以上实际致灾洪水年的成灾面积与综合损失单价相乘,可得直接洪灾损失。5.2计算间接洪水损失间接洪灾损失等于直接洪灾损失与间接洪灾损失占直接洪灾损失之比的乘积。5.3土地是否能连续减少的农业增收所谓负效益,是指因兴建防洪工程而淹没和挖占的土地因失去利用机会而历年累计减少的农业净收入。本次计算只考虑昭平台水库、白龟山水库的淹没、挖占土地和泥河洼滞洪区在运用年份被淹没所引起的负效益。5.3.1非调查年的平均损失及相关指标测算农业净产值指标,也就是淹没耕地每年平均损失的指标。昭平台水库、白龟山水库均在平顶山市行政区内,根据《平顶山志》提供的调查资料,选取1986年为调查年,经换算得出1986年的农业净产值为2552.55元/(hm2·a)。非调查年的平均损失指标随着社会经济的发展而逐年递增,一般损失增长率为3%,换算公式为ΡF=ΡD×(1+3％)n(5)式中:PF为非调查年土地面积平均损失;PD为调查年土地面积平均损失;n为调查年前后的年数(调查年以后为正,以前为负)。5.3.2白临床水库的水利工程白龟山水库是一座以防洪为主、兼顾其他综合利用的水利工程,其防洪高水位为105.22m,相应库容为4.6750亿m3;正常蓄水位为103.00m,相应库容为3.0186亿m3;防洪限制水位为101.00m,相应库容为1.8565亿m3;死水位为97.5m,相应库容为0.6624亿m3;纯防洪库容V纯防=1.6564亿m3;纯兴利库容V纯兴=1.1941亿m3;防洪兴利重叠库容V重=1.1621亿m3;防洪分摊重叠库容V重防=0.6753亿m3;死库容V死=0.6624亿m3。其防洪分摊系数r防可采用下列计算公式:r防=(V纯防+V重防)/(V纯防+V重+V纯兴+V死)(6)代入相关数据进行计算,得到白龟山水库防洪分摊系数值为0.4988。白龟山水库工程104.00m高程以下淹没和挖占土地0.5626万hm2,防洪分摊土地0.2806万hm2。每年的种植净效益乘以防洪分摊淹没挖占土地面积得到白龟山水库防洪工程负效益。5.3.3．水利工程模型昭平台水库是集防洪、灌溉、发电、养鱼、旅游为一体的一座大型水利工程,按库容比例对淹没、挖占的耕地进行防洪与兴利分摊。其防洪高水位174.66m,相应库容4.1853亿m3;正常蓄水位174.00m,相应库容3.9391亿m3;防洪限制水位167.00m,相应库容1.7872亿m3;死水位159.00m,相应库容0.3582亿m3;纯防洪库容V纯防=0.2462亿m3;纯兴利库容V纯兴=1.4290亿m3;防洪兴利重叠库容V重=2.1519亿m3;防洪分摊重叠库容V重防=0.3163亿m3;死库容V死=0.3582亿m3。其防洪分摊系数的计算公式同白龟山水库,计算结果为r防=0.1344。昭平台水库工程淹没和挖占土地0.2359万hm2,防洪分摊淹没、挖占土地0.0317万hm2。每年的种植净效益乘以防洪分摊淹没挖占土地面积,就得到昭平台水库防洪工程负效益。5.3.4实际洪水没收损失的确定泥河洼滞洪区在漯河市行政区,自1967至2008年共有9年启用分洪。泥河洼滞洪区负效益计算,1982年以前采用文献的数据,将区内实际洪灾淹没损失作为负效益;1998年滞洪资料不全,根据其最大进洪流量,参考2004年数据确定其淹没的耕地面积;2000年根据其最高滞洪水位和淹没耕地关系,确定淹没的耕地面积;2004年根据泥河洼滞洪区的滞洪水位与淹没面积关系而得淹没耕地面积。而各年综合损失单价通过漯河当年实际调查数据而得。5.4防洪工程系统的洪水损失计算从以上洪灾年的直接、间接损失及历年的防洪负效益,可计算出有防洪工程体系的总洪灾损失。6确定基准年的确定由以上2种情况下的洪灾损失,可逐年计算出防洪工程防洪经济效益,其累计年效益为整个防洪工程体系的总效益,见表2。因综合损失单价以当年物价为准,为了消除价格差异,统一计算口径,本文将2008年确定为基准年,利用河南省及平顶山市统计局提供的物价指数,根据折算公式P基=P当×